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第十届全国现代结构1=程学术研讨会 X型钢管一板连接节点受力性能研究 何金峰程睿崔佳龙莉萍 (重庆大学土木工程学院.重庆400045) 板节点受力性能和节点破坏模式,并考察了几何参数和主管应力比对节点极限承载力的影响规律。结果表明,节点 失效主要表现在主管与节点相交区域出现过度的塑性变形;支管受压时节点承载力要比支管受拉时低;主管厚度, 节点板长度以及主管应力比对节点极限承载力影响较大,节点板厚度则基本没有影响。在此基础上,通过对数值结 果的回归分析,提出了具有较高精度和适用性的节点极限承载力的计算公式。 关键词:X型钢管.板节点;极限承载力;有限元参数分析:计算公式 —▲』一—-L_ 一、月lJ吾 钢管塔因为其结构可靠性高,整体稳定性好等优点被广泛应用在电力、通讯工程中。作为钢管塔关键 部分的连接节点主要有相贯节点和钢管.板连接节点两种型式。目前,国内外针对相贯节点研究较多,但对 钢管一板连接节点的研究还相对匮乏。80年代,PackerJA,HendersonJE等人通过一系列管.板试验提出一 Y,Choo 个适用于支管承受轴力的承载力公式;90年代末,Makino M建立了钢管一板节点 YS和Ariyoshi 试验和数值分析数据库;2001年Kiml21对主支管共同受力的管一板节点进行了缩尺试验,建立起将支管轴力 用等效荷载替代的有限元模型,并提出了支管轴力和节点弯矩的极限承载力公式;赵熙元在文献【10】提出 一种以薄壳理论方法为基础的简化计算方法,但计算结果与实际情况有较大差别。部分国外规范虽对此类 节点有极限承载力计算公式,但都未考虑支管对节点的影响;我国规范甚至没有此类节点承载力计算公式。 因此研究管.板节点的受力性能,掌握其在复杂受力状态下的破坏机理,为设计方法和构造措施提供建 议已成为输电塔架及其类似结构设计中亟待研究的问题。本文采用有限元数值分析方法,对x型钢管一板 节点进行参数分析,’探讨节点的破坏模式和影响节点承载力的主要因素,最后利用回归分析得到一个具有 较高精度和适应性的x型钢管一板节点极限承载力计算公式。 二、有限元分析模型 节点有限元计算边界条件和加载方式如图l。主管长度取8倍管径,腹杆长度取4倍管径,以消除端 部加载条件对节点区域的影响。计算单元采用三维4结点弹塑性壳单元Shelll81,此单元具有大应变,大 节点承载力判断依据为主管壁变形最大处的荷载位移曲线出现下降段,或变形量超过变形极限(主管直径 的3%)171。 三、节点受力性能的参数分析 (~)模型参数的确定 模型主要的几何参数取:主管直径D、节点板长度h、主管厚度to、节点板厚度t和支管与主管的轴线 夹角占,同时考虑到实际受力状态,将主管应力比彳作为一个重要的影响因素进行参数分析。分析时采用 无量纲形式,由于参数较多,参数分析时D只取273mm,参数取值见表l。 1260 工业建筑20lO增刊 第十届全国现代结构I.程学术研讨台 p? + 图1X型管一扳节点边界条件 图2节点模型围 寰1节点计算参数一览袁 (二)几何参数对节点极限承载力的影响 --)hiD、D/to对节点极限承载力的影响 鹫3为^和佻、IdD的三维关系图,由图可知.节点极限承载力^隧/VD值的增大基本呈线性提高, 而随龇值的增大显著降低。这是因为在矾相同时.柳值的增大使得节点的刚度提高,沿节点板与主 管相交线及其周边部位的应力分布也越均匀,从而节点的承载力得到提高;而当hid相同时,在D不变时. D/to增大意味着to减小,故主管的径向刚度减小,臂板交汇区端部局部变形量增大,应力集中程度也随之 增大.节点承载力降低。 工
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